TWM618161U - 低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 - Google Patents
低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 Download PDFInfo
- Publication number
- TWM618161U TWM618161U TW110205685U TW110205685U TWM618161U TW M618161 U TWM618161 U TW M618161U TW 110205685 U TW110205685 U TW 110205685U TW 110205685 U TW110205685 U TW 110205685U TW M618161 U TWM618161 U TW M618161U
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- numerical aperture
- low numerical
- laser module
- laser
- fiber
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 8
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 6
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本創作開發一款新型的光纖輸出二極體雷射模組，將數顆獨立的二極體雷射，經由新設計之光束準直及空間合併，耦光進入纖核直徑105um，數值孔徑0.12光纖，相較於一般產品數值孔徑0.22光纖，出光角度降為55%，並用一般藍光雷射二極體進行驗證，先利用光學軟體協助進行光學鏡片參數之設計及優化，在實驗上，將8顆藍光二極體雷射，經由理論設計的光學鏡片組件進行精密組裝，耦光進入纖核直徑105um、數值孔徑0.12的光纖，達到功率30W的藍光雷射輸出，亦成為最小數值孔徑藍光雷射。
Description
本創作係有關一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其光學鏡片組件的準直及空間的光束合併，耦光進入纖核至低數值孔徑。
高亮度雷射乃今日材料加工、醫療、軍事、立體影視等應用之重要元件。半導體雷射因具可量產性、低成本、小體積及高電光轉換效率等特性，乃成為今日及未來製造高亮度雷射之首選。因此半導體雷射利用光纖輸出光束，獲得較高亮度，行之久已。但半導體雷射在輸出功率越大時，輸出光束品質會變差。若在配合現有一般纖核直徑105um作為輸出端，則光束參數積(Beam Parameter Product, BPP)將大於10mm*mrad，難以呈現高亮度。也因此使半導體雷射的應用，無法擴展至更大的用途。是以，本創作人有鑑於上揭問題點，乃構思一種具有低數值孔徑光纖輸出的高亮度二極體雷射模組，為本創作所欲解決的課題。
緣是，本創作之主要目的，係在提供一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其採用低數值孔徑之輸出光纖，使光束發散角較小之功效增進。
本創作之另一目的，係在提供一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其採用高羥值，使光纖對波長＜460nm之雷射，具有較佳之穿透率之功效增進。
本創作之又一目的，係在提供一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其光纖端面採用光束切割方式，有別於一般研磨拋光，此方法具有快速切割且適於量產之功效增進。
本創作之另一目的，係在提供一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其雷射晶片封裝於氣密環境，以提升雷射長期的耐用性之功效增進。
本創作之再一目的，係在提供一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其雷射晶片的共振腔鍍上反射膜，採用反射率≧20%的鍍膜，以承受更高的外部反射光之功效增進。
為達上述目的，本創作採用之技術手段包含:一外殼；複數雷射二極體，其位在該外殼內，並激發出複數光束；一光學鏡片組件，其位在該外殼內，並將各該光束分別準直後，而在空間合併成一合併光束；以及一光纖，具有一纖核，且該光纖輸出設定一低數值孔徑，並將該光纖結合在該外殼之側面，使該合併光束可耦合於該纖核至該低數值孔徑。
依據前揭特徵，該纖核直徑為105um；該低數值孔徑為0.12。
依據前揭特徵，該光纖採用高羥值。
依據前揭特徵，該光纖端面採用光束切割方式。
依據前揭特徵，該光纖輸出端採用一透明窗鏡，該透明窗鏡配合一氣密焊料。
依據前揭特徵，該雷射二極體包括一雷射晶片，該雷射晶片具有一共振腔，該共振腔端面形成一鏡面而可鍍上一反射膜，該反射膜之反射率≧20%。
依據前揭特徵，該雷射二極體至少8顆以上。
依據前揭特徵，該雷射二極體之波長為450nm。
依據前揭特徵，該光學鏡片組件包括複數快軸準直鏡、複數慢軸準直鏡、複數反射鏡，且各該光束經過各該快軸準直鏡、各該慢軸準直鏡分別準直後，並經過各該反射鏡後，而在空間合併成一合併光束，該合併光束經由該聚焦鏡可耦合至該纖核。
依據前揭特徵，該外殼包括一座體及一封蓋，該座體設有一凹槽，該凹槽具有一台階，該台階可承放各該雷射二極體，使各該雷射二極體之間可並行排列，且各該快軸準直鏡設在該台階上，而靠近各該雷射二極體之前方，又各該慢軸準直鏡與各該反射鏡設在該凹槽上，而各該慢軸準直鏡設在各該快軸準直鏡之前方、各該反射鏡設在各該慢軸準直鏡之前方，再該聚焦鏡設在各該反射鏡之側邊與該聚焦鏡結合在該凹槽之側面，並配合該聚焦鏡之位置相對應該纖核之位置。
藉助上揭技術手段，本創作具有如下的功效增進需再闡明者:
一、在於產生更小角度且耐用性更優的雷射產品，可以讓半導體雷射的應用，擴展至更大的用途，例如雷射焊接及金屬3D列印等。
二、亮度考量上，採用高羥值且數值孔徑為NA0.12之輸出光纖，在相同纖核直徑105um的條件下，其光束品質的光束參數積(Beam Parameter Product, BPP)只有一般NA0.22光纖的55%，且光纖對波長＜460nm之雷射，具有較佳之穿透率。
三、光纖端面採用光束切割方式，有別於一般研磨拋光，此方法具有快速切割且於量產。
四、雷射晶片封裝於氣密環境，以提升雷射長期的耐用性。實作上除了用焊接密封上封蓋外，光纖輸出端採用透明窗鏡配合氣密焊料，使雷射可以操作在氣密環境，避免環境空氣對共振腔的鏡面造成汙染。
五、雷射晶片的共振腔鍍上反射膜，採用較高反射率的鍍膜，用以承受較高的反射功率。一般高功率雷射二極體考慮出光效率，鍍膜反射率多設定在 10%以下，可以得到電光轉換效率大於50%的出光效率，但缺點在於對反射光較敏感，特別是對直接半導體雷射加工的用途。實作上將鍍膜反射率提高到 20%以上，可以承受更高的反射光，特別在雷射加工的用途。
首先，請參閱圖1~圖5B所示，本創作一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，包括:一外殼10，在本實施例中，該外殼10包括一座體11及一封蓋12，該座體11設有一凹槽111，該凹槽111具有一台階112，該台階112可承放各該雷射二極體20，使各該雷射二極體20之間可並行排列，但不限定於此。此外，該外殼10之形狀與大小不限定於圖式。
複數雷射二極體20，其位在該外殼10內，並激發出複數光束21，在本實施例中，該雷射二極體20為藍光雷射二極體、紅色雷射二極體、綠色雷射二極體或UV雷射二極體其中之一所構成，亦可經由此法達成高亮度需求；該雷射二極體20至少8顆以上；該雷射二極體20之波長為400nm~670nm，亦從UV至紅光，但不限定於此。
一光學鏡片組件30，其位在該外殼10內，並將各該光束21分別準直後，而在空間(S)合併成一合併光束(L)，在本實施例中，該光學鏡片組件30包括複數快軸準直鏡31、複數慢軸準直鏡32、複數反射鏡33及一聚焦鏡34，各該快軸準直鏡31設在該台階112上，而靠近各該雷射二極體20之前方，又各該慢軸準直鏡32與各該反射鏡33設在該凹槽111上，而各該慢軸準直鏡32設在各該快軸準直鏡31之前方、各該反射鏡33設在各該慢軸準直鏡32之前方，使各該光束21經過各該快軸準直鏡31、各該慢軸準直鏡32分別準直後，並經過各該反射鏡33後，而在空間(S)合併成一合併光束(L)，但不限定於此。
承上，在本實施例中，如圖2C所示，該雷射二極體20包括一雷射晶片22，該雷射晶片22具有一共振腔221，該共振腔221端面形成一鏡面222而可鍍上一反射膜223，該反射膜223之反射率≧20%，但不限定於此。
一光纖40，具有一纖核(Core Optical Fiber)41，且該光纖40輸出設定一低數值孔徑42，並結合在該外殼10之側面101，使該合併光束(L)可耦合於該纖核41至該低數值孔徑(Numerical Aperture,NA)42，在本實施例中，該聚焦鏡34設在各該反射鏡33之側邊與該聚焦鏡34結合在該凹槽111之側面1111，並配合該聚焦鏡34之位置相對應該纖核41之位置，使該合併光束(L)經由該聚焦鏡34可耦合至該纖核41，但不限定於此。
承上，在本實施例中，如圖3C所示，其該纖核41直徑(d)為105um，配合該低數值孔徑42為0.12，而數值孔徑定義為NA=sinα，該α為輸出光錐角，且該光纖40採用高羥(Hydroxyl,OH)值與該光纖40端面43採用光束切割，但不限定於此。此外，在另一實施例中，如圖3D所示，該光纖40輸出端44採用一透明窗鏡45，該透明窗鏡45配合一氣密焊料46，但不限定於此。
一光學軟體50，其對該雷射二極體20進行驗證，便於該光學鏡片組件30參數之設計及優化，達到理論耦光效率90%以上，但不限定於此。
基於如此之構成，採用數值孔徑≦NA0.12之輸出光纖，光束發散角較小，又採用高羥值，使該光纖40對波長＜460nm之雷射，具有較佳之穿透率，另該光纖40端面43採用光束切割方式，有別於一般研磨拋光，此方法具有快速切割，適於量產且減少因研磨產生的鏡面損傷，加上該雷射晶片22封裝於氣密環境，以提升雷射長期的耐用性，及該雷射晶片22的該共振腔221鍍上該反射膜223，採用反射率≧20%的鍍膜，以承受更高的外部反射光，特別在雷射加工的用途，並配合圖4所示，其8顆藍光雷射空間光束合併之示意圖；圖5A所示，其為光纖輸出藍光雷射的輸出光功率對電流，而以波長為450nm、該纖核41直徑(d)為105um、數值孔徑≦NA0.12為條件，形成光纖耦合(Fibre Coupled, FC)模組(Module)；圖5B所示，其為光纖輸出藍光雷射的輸出光功率轉換效率(power conversion efficiency, PCE)，而波長為450nm、該纖核41直徑(d)為105um、數值孔徑≦NA0.12為條件，形成光纖耦合(Fibre Coupled, FC)模組(Module)，但不限定於此。
綜上所述，本創作所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等新型專利要件，祈請 鈞局惠賜專利，以勵創作，無任德感。
惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。
10:外殼
101:外殼之側面
11:座體
111:凹槽
1111:凹槽之側面
112:台階
12:封蓋
20:雷射二極體
21:複數光束
22:雷射晶片
221:共振腔
222:鏡面
223:反射膜
30:光學鏡片組件
31:快軸準直鏡
32:慢軸準直鏡
33:反射鏡
34:聚焦鏡
40:光纖
41:纖核
42:低數值孔徑
43:光纖端面
44:光纖輸出端
45:透明窗鏡
46:氣密焊料
50:光學軟體
S:空間
L:合併光束
d:直徑
α:輸出光錐角
圖1係本創作未封蓋之立體圖。
圖2A係本創作未封蓋之前視圖。
圖2B係圖2A中2B所示之放大圖。
圖2C係本創作雷射晶片之示意圖。
圖3A係本創作已封蓋之立體圖。
圖3B係圖3A中3B-3B之斷面剖視圖。
圖3C係本創作光纖之示意圖。
圖3D係本創作透明窗鏡配合氣密焊料之示意圖。
圖4係本創作8顆藍光雷射空間光束合併之示意圖。
圖5A係本創作光纖輸出藍光雷射的輸出光功率對電流圖。
圖5B係本創作光纖輸出藍光雷射的輸出光功率轉換效率圖。
40:光纖
41:纖核
42:低數值孔徑
43:端面
d:直徑
α:輸出光錐角
Claims (10)
- 一種低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 ，包含 : 一外殼； 複數雷射二極體，其位在該外殼內，並激發出複數光束； 一光學鏡片組件，其位在該外殼內，並將各該光束分別準直後，而在空間合併成一合併光束；以及 一光纖，具有一纖核，且該光纖輸出設定一低數值孔徑，並將該光纖結合在該外殼之側面，使該合併光束可耦合於該纖核至該低數值孔徑。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該纖核直徑為105um；該低數值孔徑為0.12。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該光纖採用高羥值。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中， 該光纖端面採用光束切割方式。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該光纖輸出端採用一透明窗鏡，該透明窗鏡配合一氣密焊料。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該雷射二極體包括一雷射晶片，該雷射晶片具有一共振腔，該共振腔端面形成一鏡面而可鍍上一反射膜，該反射膜之反射率≧20%。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該雷射二極體至少8顆以上。
- 如請求項1所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該雷射二極體之波長為450nm。
- 如請求項1~8任一項中所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該光學鏡片組件包括複數快軸準直鏡、複數慢軸準直鏡、複數反射鏡，且各該光束經過各該快軸準直鏡、各該慢軸準直鏡分別準直後，並經過各該反射鏡後，而在空間合併成一合併光束，該合併光束經由該聚焦鏡可耦合至該纖核。
- 如請求項9所述之低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組，其中，該外殼包括一座體及一封蓋，該座體設有一凹槽，該凹槽具有一台階，該台階可承放各該雷射二極體，使各該雷射二極體之間可並行排列，且各該快軸準直鏡設在該台階上，而靠近各該雷射二極體之前方，又各該慢軸準直鏡與各該反射鏡設在該凹槽上，而各該慢軸準直鏡設在各該快軸準直鏡之前方、各該反射鏡設在各該慢軸準直鏡之前方，再該聚焦鏡設在各該反射鏡之側邊與該聚焦鏡結合在該凹槽之側面，並配合該聚焦鏡之位置相對應該纖核之位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110205685U TWM618161U (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110205685U TWM618161U (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM618161U true TWM618161U (zh) | 2021-10-11 |
Family
ID=79603426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110205685U TWM618161U (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWM618161U (zh) |
-
2021
- 2021-05-18 TW TW110205685U patent/TWM618161U/zh unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8891579B1 (en) | Laser diode apparatus utilizing reflecting slow axis collimators | |
| CN103181040B (zh) | 用于垂直外部腔体表面发射激光器的光学元件 | |
| US12189126B2 (en) | Compact polarized illuminators using reflective polarizers | |
| CN102916341A (zh) | 一种单管半导体激光器合束方法 | |
| JP7737393B2 (ja) | マルチレーザ装置およびマルチレーザ装置用のハウジングキャップ | |
| CN102931585A (zh) | 一种外腔合束半导体激光光纤耦合模块 | |
| CN104882784B (zh) | 一种用于大功率半导体激光器的合束输出耦合装置 | |
| WO2019080345A1 (zh) | 一种基于双胶合透镜的传输光器件 | |
| TWI805740B (zh) | 用於光譜射束組合的方法和系統 | |
| JP7488445B2 (ja) | 光源ユニット | |
| US11888285B2 (en) | Low numerical aperture fiber output diode laser module | |
| CN108351076B (zh) | 具有泵浦辐射源的照明设备 | |
| JP4146196B2 (ja) | 複合光学装置およびその製造方法 | |
| CN105793757B (zh) | 用于使激光辐射成形的装置 | |
| CN204615152U (zh) | 一种用于大功率半导体激光器的合束输出耦合装置 | |
| TWM618161U (zh) | 低數值孔徑光纖輸出二極體雷射模組 | |
| CN204615151U (zh) | 一种多单管大功率光纤耦合半导体激光器 | |
| JP3234403U (ja) | 低開口数ファイバー出力ダイオードレーザーモジュール | |
| TWM606093U (zh) | 高亮度光纖輸出雷射模組 | |
| CN118315911A (zh) | 一种沿空间球面分布的半导体泵浦薄片激光器 | |
| JP2004085589A (ja) | 光源用モジュールおよび光源装置 | |
| CN110556709A (zh) | 一种激光器 | |
| CN222868324U (zh) | 一种vcsel芯片和激光雷达 | |
| CN213341080U (zh) | 一种半导体激光器 | |
| JP2020120000A (ja) | 光源ユニット |